范文一:观察水的特点
观察水的特点
实验步骤:1、教师现场演示染纸,将白色纸巾的四个角的一端分别放入不同颜色的水中。
2、学生观察,并提出自己的发现。
3、提出研究问题:水为什么向上爬升?
现象:孔越小,水爬升的越高。
实验结论:缝隙越小,水爬升的越高。水是流动的。
神奇的水(毛细现象、表面张力、压力、浮力)
实验步骤:1、出示1元硬币:预测大概能滴多少滴水?
2、交流实验注意点:实验时,滴管要尽量低一些,要一滴一滴、轻
轻的滴,边实验边观察硬币上水面的变化。
3、学生交流、分析原因,认识水的表面张力。
现象:放很多水才溢出。
实验结论:认识水的表面张力。
观察物质在水中的溶解
实验步骤:比较盐和面粉的溶解性
1、将两个烧杯内倒上同样多的清水。
2、分别放入两小勺盐和面粉(加入的量要一样多)。
3、用玻璃棒充分搅拌,仔细观察搅拌停止后、静止一会儿的现象。
4、交流、比较两杯溶液的溶解情况。
现象:两者均有溶解现象。
实验结论:食盐能溶解于水,而面粉基本不溶解于水。实验中一定要用冷水,在温水环境下,面粉的分子结构被破坏了,就能部分溶解。
观察常见材料
实验步骤:1、分别用量杯量出100ml的黄豆、大米、淀粉。
2、将他们一起倒入同一个量杯中,轻轻的摇晃,注意不要洒落在外
面,读出读数。
3、比较混合前、后体积的变化。
现象:体积相等。
实验结论:固体有体积。
范文二:水生植物适应水环境的特点和净化作用
园林科技.. .. 年第! 期总第. .. 期
水生植物适应水环境的特点和净化作用
林鸿吴晓花
#武汉市园林科学研究所. ! .. .% 摘要& 综述了水生植物适应水环境的特点, 在污水处理中的应用及其对水质的净化作用。随
着人们对其研究的深入,
特别是在工艺选择和净化机理等方面的努力, 水生植物必将在水污染控制中发挥更重要的作
用, 从而更大程度地造
福人类。
关键词& 水生植物. 水环境. 净化作用
地球表面积(. ) 被水覆盖, 大洋承纳了整个生 物圈内. ( ) 的水体, 极地冰固化了生物圈内.. ) 的 水体, 只有不到. ) 的水体以淡水形态存在于江、 河
、湖泊中, 这也是我们人类和其他生物赖以生存的 基础。但是, 随着工业化的进程和人类数量的不断增 加, 生态环境不断受到破坏, 水污染日趋严重, 我国 . .. ) 以上的公园水体都遭到不同程度的污染, 化学 需氧量#+ , . %
、生化需氧量#. , . %
、总氮#/0 %
、总磷#/1 %
和非离子氨等指标, 大多超过国家地面水环境质量 四类标准川。
水体污染问题受到了广泛的关注, 学
者对如何预防和治理水体污染做了大量的研究... 川。 在污水处理中, 传统污染水处理方法如生化二级处 理法, 工艺成熟, 处理效果理想, 但建造、运行、管理 费用过高. 化学法#如加人硫酸铜等%和换水法处理 污水, 虽然均有一定效果, 但化学法易产生二次污 染, 换水法不够方便
、经济, 且仅适宜于小型水体。为
了寻找高效低耗的水污染处理技术,
.... 世纪(.. 年
代, 水生植物开始受到人们的关注。
水生植物不仅具
有较高的观赏价值, 还能主动吸收水体中的养分物 质, 对富营养化水体可起到净化作用。
为此, 笔者就
水生植物适应水环境的特点, 对水质的净化作用和 机理进行了概括和分析, 为科技工作者治理水体污 染提供一些理论与依据
。
. 水生植物在污水处理中的应用及其适应
水环境的特点
凡生长在水中或湿土壤中的植物, 以大型的草 本植物为主, 包括水生、湿生和沼生植物, 通称为水 生植物#2 34 56 7 238 9% 阎。水生植物可分! 种生活型, 这
! 种类型的水生植物在污水处理系统中存在一些不 同方式#详见表. %
。
水生植物生活在温度变化平缓, 光照强度弱, 氧 表. 水生维管束植物污水处理系统分类 类型使用方式处理范围污染物去除机制研究和应用情况代表种类
挺水植物系统人工或天然湿地
城镇污水的二级或一级处植物的吸收
、微生物研究应用最多, 工艺设计
理、
工业废水、暴雨径流的代谢已渐成熟芦苇 、
香蒲
浮水植物系统强化氧化塘等塘系统
城镇污水的二级或一级处
理
、
某些工业废水、暴雨径
流
、
受污染天然水
受污染、富营养化
水体的修复
凤眼莲、
浮萍
沉水植物系统天然水体
对氮、磷的短期储存、操作和实施难度较大, 研
控制富营养化究和应用较少
狐尾藻
、
金鱼藻
含量少的过量水环境中, 与陆地环境迥然不同 。水生
植物之所以能适应水环境是因为其在长期的演化过 程中, 从植物体各器官的形态、
结构到生长、
繁殖等
生理机能, 都表现出了对水环境的高度适应回。 : ; 独特的叶片结构能适应弱光的条件
水环境里光线微弱, 然而水生植物光合性能并
园林科技.. .. 年第! 期总第.... 期
不亚于陆生植物
。原来, 水生植物的叶片通常薄而柔
软, 有的叶片细裂如丝呈线状, 如金鱼藻. 有的呈带 状, 如芳草。水车前的叶子宽大、
薄而透明。叶绿体除
了分布在叶肉细胞里, 还分布在表皮细胞内, 最有趣 的是叶绿体能随着原生质的流动而流向迎光面。这 使水生植物能更有效地利用水中的微弱光。黑藻和 狐尾藻等沉水植物, 它们的栅栏组织不发达, 通常只 有一层细胞, 由于深水层光质的变化, 体内褐色素增 加呈墨绿色, 可以增强对水中短波光的吸收。 漂浮植
物, 浮叶的上表面能接受阳光, 栅栏组织发育充分, 可由< 一="层细胞组成。挺水植物的叶肉分化则更接" 近于陆生植物="">
。
: > 通气结构能适应缺氧的条件
水中氧气缺乏, 含氧量不足空气中的.... .. , 水生
植物要寻找和保证空气的供应, 因此那些漂浮或挺 水植物具有直通大气的通道。
如莲藕, 空气中的氧从
气孔进人叶片, 再沿着叶柄那四通八达的通气组织 向地下根部扩散, 以保证水中各部分器官的正常呼 吸和代谢的需要, 这种通气系统属于开放型。 沉水
植物金鱼藻的通气系统则属于封闭型, 其体内既可 贮存自身呼吸所释放的二氧化碳, 以供光合作用时 的需要, 同时又能将光合作用所释放的氧贮存起来 满足呼吸时的需要。
. ?! 输导组织的退化
水生植物很容易得到水分, 因而其输导组织都 表现出不同程度的退化, 特别是木质部更为突出。 沉水植物木质部上留下一个空腔, 被韧皮部包围着。 浮水植物的维管束也相当退化
。
: . 发达的气囊组织
在池塘和湖泊中, 常可见到各种浮水植物安静 地漂浮于水面。它们借助于增加浮力的结构, 使叶 片浮于水面接受阳光和空气
。如水葫芦, 它的叶柄基
部中空膨大, 变成很大的气囊
。
菱叶的叶柄基部也有
这种大气囊
。
当菱花凋落的时候, 水底下就开始结出
沉沉的菱角。这些菱角本来会使全株植物没人水中, 可是就在这个时候, 叶柄上长出了浮囊, 这就使植物 摆脱了没顶的危胁
。而且, 水越深, 叶柄上的浮囊也
就越大。千姿百态的水生植物, 在长期进化的过程 中, 形成了许多与水环境相适应的形态结构, 从而繁 衍不息, 在整个植物类群中, 占据一定的位置 。
.. 水生植物对水质的净化作用
..? . 具净化作用的水生植物
我国利用水生植物净化水质的研究始于( .. 年 代中期, 包括静态条件下单一物种及多种植物配植 对污染物浓度较高污水的净化作用, 及动态方法研 究水生植物对污水处理效果闭。近! .. 年来, 对东湖 、
巢湖
、
滇池、
太湖
、洪湖、
保立湖
、
鸭儿湖
、白洋淀等浅
水湖泊的富营养化控制和湿地生态系统恢复的大量 研究证明卧;... , 水生植物可以吸收、
富集水中的营养
物质及其它元素, 可增加水体中的氧气含量, 或抑制 有害藻类繁殖的能力, 遏止底泥营养盐向水中的再释 放利于水体的生物平衡等
。
水生高等植物能有效地
净化富营养化湖水, 提高水体的自净能力. ‘Α , 也是人 工湿地系统发挥净化作用必不可少的因素之一...Β ... 。 有些水生植物如水葱、风信子、香蒲等具有较高 的观赏价值, 同时还可以处理污水, 是兼具观赏价值 和污水处理研究的重点选择材料;0 。
..? .. 水生植物净化水质的机理
通过种植水生植物净化水质, 是利用许多水生 植物特别是水生维管束植物能够大量吸收营养物
质, 或降解转化有毒有害物质为无毒物质的性质 。
在
废水或受到污染的天然水体中种植大量耐污染净化 较强的水生高等植物, 使其通过自身的生命活动将 水中的污染物质分解转化或富集到体内, 恢复水域 中的养分平衡. 同时通过水生植物的光合作用放出 氧气, 增加水中溶解氧含量, 从而改善水质, 减轻或 消除水污染。
..? ..
?
. 植物自身的性状和抗性能力
水生植物由于长期生活在一种缺氧、弱光的环 境中, 本身形态解剖结构上形成特殊性;Υ 。根、茎、叶
形成完整的通气组织, 保证器官和组织对, & 的需要. 刀. 叶片呈肉质, 如香蒲表皮有厚角质层, 栅栏组织发 达, 污染点处的根、茎、叶表皮细胞排列紧密等结构 能抵抗因污染受害而引起的同化功能下降
、水分过
分蒸腾, 增强了香蒲植物的耐污性和抵抗力. ..... ..? ..? .. 植物的吸收、富集作用
水生植物根系发达, 利于吸收水中物质。如凤眼 莲生长过程需要大量的0
、
1 营养物; . , 它吸收后生
长迅速, 对于净化富营养化水体效果明显,;.. , 实验第 ! 天凤眼莲使养殖水体的+Δ 离子消失率达 ) , 实 验第=天则可达(< );="" 期。香蒲植物吸收废水中的重="" 金属时,="" 吸收能力大小依次是根φ="" 地下茎φ="" 叶,="" 并且="" 按照一定的比例从生境中吸取各种元素,="">
园林科技.. .. 年第! 期总第... 期
动态平衡, 防止对某元素吸收过多而引起毒害。植物 吸收污染物后, 尤其是重金属离子、农药和其他人工 合成有机物等, 便富集、固定在体内或土壤中, 减少 水体中污染物量。研究表明,
1Γ
,
>Ζ 进人香蒲体内,
主要积聚在皮层细胞中的细胞壁上, 只有少量进人 原生质, 可见细胞壁对重金属有较高的亲和力. ...6 ..? ..? ! 净化塘的沉降、吸附和过滤作用 净化塘里水生植物生长旺盛, 根系发达, 与水体 接触面积大, 形成密集的过滤层
。
如香蒲, 它的地下
茎和根形成纵横交错的地下茎网, 水流缓慢时重金 属和悬浮颗粒被阻隔而沉降, 防止其随水流失;..!. , 同 时又在其表面进行离子交换
、整合
、吸附
、
沉淀等, 不
溶性胶体为根系吸附, 凝集的菌胶团把悬浮性的有 机物和新陈代谢产物沉降下来【圳。
..? ..? . 生化作用
植物净化污水的过程中生化作用也起到很大作 用, 这方面已有大量的研究. 叨洲, 光合作用产生的 , & 和大气中的.. & 直接输送到植株各处, 并向水中 扩散, 一方面根系通过释放.. .. , 氧化分解根系周围 的沉降物. 另一方面使水体底部和基质土壤形成许 多厌氧和好氧小区, 为微生物活动创造条件, 进而形 成“ 根际区” 。
这样, 植物代谢产物和残体及溶解的有
机碳给湿地中的菌落提供食物源. 同时, 大量微生物 在基质表面形成灰色生物膜, 增加了微生物的数量 和分解代谢的面积, 使植物根部的污染物#富集或沉 降下来的% 被微生物分解利用或经生物代谢降解过 程而去除
。
富营养化水体中, 也可依靠水生植物根茎
上的微生物使反硝化菌
、
氨化菌等加速0 Η !一0 向
0 ,厂0 和0 , 厂0 的转化过程, 便于水生植物吸收
与利用, 减少底泥向水体中的营养盐释放。 ..? ..? < 对浮游藻类的竞争抑制作用="">
富营养化严重的水体中, 藻类疯长, 水质恶化 。
栽种水生植物后, 同浮游藻类竞争营养物质以及所 需的光热条件, 同时分泌出抑藻物质, 破坏藻类正常 的生理代谢功能, 迫使藻类死亡, 以防止其带来的毒 素...! 洲
。这样可以提高水体透明度, 改善水中的. , 含量, 促进沉水植物与共生菌的生长, 进一步净化 水质。
.. ! 利用水生植物净化污水的处理方式 净化塘—目前在利用水生植物净化污水时通 常是以净化塘的方式, 如凤眼莲净化塘
、香蒲植物净
化塘等...< 溯="">
。
净化塘是以某种水生植物占绝对优势
而组成的特殊水生生态系统, 这个系统通过水生植 物群落的阻滤、
沉降、吸附等物理作用以及植物体的
吸收
、
积累等作用而达到对污水的净化效果。
最近几
年水生植物净化塘在国内外发展都比较快, 能净化 的污水种类越来越多, 已由净化生活污水发展到工 业废水和城市混合污水
。处理规模也越来越大。从利
用人工的净化塘发展到利用天然湖塘
、
湖湾放养水
生植物净化水质和底泥。在水生植物的利用上, 由一 种植物为主发展到多种植物搭配, 以相互取长补短, 达到最佳的净化效果
。比如选用耐寒植物伊乐藻和
喜温植物凤眼莲及菱组建成的常绿型人工水生植 被。不仅使实验区内常年保持较好的水质, 而且对 外来污染冲击有很强的缓冲能力, 它可用于水源保 护、局部性水质控制
、污水净化生态工程、小型富营
养水体的生态恢复等;.. .
。
人工湿地系统—本世纪七十年代发展起来的
人工湿地系统是利用水生植物处理污水的又一发展 方向酬
, 由于建造和运转费用低
、维护简单、效果
好, 且为众多野生动物提供了栖息地, 成了研究的重 点
。如芦苇湿地可用于处理生活污水和部分工业废 水, 如造纸废水
、纺织废水、啤酒废水、炼油废水、养
殖和饲料及食品加工废水等
。其基建投资
、运转费用
和能耗均为常规二级处理方法的. ! 一.巧, 并有较好 的经济效益和生态效益.! , . 。
0 3. Κ . Ζ Λ 等;, .. 】利用香蒲、 芦苇
、
美人蕉等观赏性水生植物, 经过一块湿地和三个 池塘构成的宾馆和游泳池污水处理系统, 在达到去 污目的的同时也营造了优美的水体景观
。
Μ 6 88. 891
等1!; 还发现进人湿地约< ..="" )="" 的总氮是被植物吸收的。="" 湿地系统去除污染物的机理主要是通过沉降、过滤、="" 化学沉淀和吸附="">
、
微生物反应和植物吸收等反应过
程除去水中的污染物
。
所以湿地是一种低成本
、易操
作和高效率的污水处理方法
。
水域浮床技术—水域浮床技术早期仅应用于 农业生产, 近... 年来有学者利用该技术进行水污染 控制。它采用人工新材料作浮床, 并通过独特的肥料 供应、
植物栽培与相应的工程措施, 在自然水域的水 面上无土栽培植物, 在改善水域环境的同时, 增加 水产品产量;,
卜!( Α
。
根际过滤技术#Ν2 ΟΠ 6ΘΟ 2 5. 8Ο 6Ζ % —根际过滤技
术是近几年发展的一种植物修复技术, 用来处理放
射性核素废水
、重金属废水以及富含营养盐的废
水
。它利用超积累植物的根系从废水中吸收、富集
园林科技.. .. 年第! 期总第.... 期;< 和沉淀污染物,="" 是更经济="">
、
更适于现场操作的原位
污染治理技术Ρ酬
。
! 结语
众多研究表明, 利用水生植物处理系统进行水 污染控制具有投资、维护和运行费用低, 管理简便, 污水处理效果好, 可改善和恢复生态环境、回收资源 和能源以及收获经济植物等诸多优点, 在污水处理 和富营养化水体净化等方面均表现出良好的效果。 未来的研究应注重本土原生植物的特性
、
跨区域引
进新型物种的意义、
水生植物修复的机理
、
物质循
环
、根系与水或土壤的微环境关系、
植物与周围微生
物如何共同作用等方面。目前利用水生植物净化污 水尚有许多不足之处, 但随着人们对其研究的深人, 特别是在工艺选择和净化机理等方面的努力, 水生 植物必将在水污染控制中发挥更重要的作用, 从而 更大程度地造福人类。
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#下转第.. 页%
园林科技.. .. 年第! 期总第. ... 期
质感方面的变化外, 还注重对香花植物的应用, 如 空中水渠处的轴线大道, 两侧种植含笑
、蜡梅等香
花植物。
此外, 公园中还种植了大量的桂花、白玉 兰、梅花等, 开放之时引得香气阵阵。
同时, 公园引进了很多热带植物, 增加生物多 样性。如园中北部的人造沙滩景点, 种植了不少棕 桐科植物, 如加拿利海枣、
棕搁、苏铁
、蒲葵、
华盛顿
棕桐等, 结合硬质铺装等, 营造出不同的植物景观 感受。
. 结语
梦清园作为苏州河的活水公园, 是上海新近具 有代表性的现代园林
。研究梦清园的植物景观不仅
仅只是对单独一个公园的概括与总结, 亦是对上海 现代园林植物配置手法的归纳和分析
。这对于推而
广之的总结、提炼优秀的现代园林植物配置思想和 手法, 为上海现代园林植物造景的发展具有一定的 意义。
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学位论文「. 〕,
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范文三:水生植物适应水环境的特点和净化作用
水生植物适应水环境的特点和净化作用
?
l2?园林科技2008年第3期总第109期
水生植物适应水环境的特点和净化作用
林鸿吴晓花
(武汉市园林科学研究所430081)
摘要:综述了水生植物适应水环境的特点,在污水处理中的应用及其对水质的净化作用.随
着人们对其研究的深入,
特别是在工艺选择和净化机理等方面的努力,水生植物必将在水污染控制中发挥更重要的
作用,从而更大程度地造
福人类.
关键词:水生植物;水环境;净化作用
地球表面积71%被水覆盖,大洋承纳了整个生
物圈内97%的水体,极地冰固化了生物圈内2%的
水体,只有不到1%的水体以淡水形态存在于江,
河,湖泊中,这也是我们人类和其他生物赖以生存的
基础.但是,随着工业化的进程和人类数量的不断增
加.生态环境不断受到破坏,水污染日趋严重,我国
9O%以上的公园水体都遭到不同程度的污染,化学
需氧量(COD),生化需氧量(BOD),总氮(rN),总磷(TP)
和非离子氨等指标,大多超过国家地面水环境质量
四类标准….水体污染问题受到了广泛的关注,学
者对如何预防和治理水体污染做了大量的研究【.
在污水处理中,传统污染水处理方法如生化二级处
处理效果理想,但建造,运行,管理 理法,工艺成熟,
费用过高;化学法(如加入硫酸铜等)和换水法处理
污水,虽然均有一定效果,但化学法易产生二次污
染.换水法不够方便,经济.且仅适宜于小型水体.为
了寻找高效低耗的水污染处理技术,20世纪7O年
代,水生植物开始受到人们的关注.水生植物不仅具
有较高的观赏价值,还能主动吸收水体中的养分物
质,对富营养化水体可起到净化作用.为此,笔者就
水生植物适应水环境的特点,对水质的净化作用和
机理进行了概括和分析,为科技工作者治理水体污
染提供一些理论与依据.
1水生植物在污水处理中的应用及其适应
水环境的特点
凡生长在水中或湿土壤中的植物,以大型的草
本植物为主.包括水生,湿生和沼生植物.通称为水
生植物(hydrophyte)I1.水生植物可分3种生活型,这
3种类型的水生植物在污水处理系统中存在一些不
同方式(详见表1).
水生植物生活在温度变化平缓,光照强度弱,氧
表1水生维管束植物污水处理系统分类
类型使用方式处理范围污染物去除机制研究和应用情况代表种类
挺水植物系统人丁或天然湿地鼙薷处篙韶吸收,微生物琶蠢震最多?工艺设计芦苇,香蒲
浮水植物系统强化氧化塘等塘系统
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沉水植物系统天然水体秉篙养化鍪吾茬存,凳青蓑度较研狐尾藻,金鱼藻水体的修复控制富
营养化究和应用较少,,
含量少的过量水环境中.与陆地环境迥然不同.水生
植物之所以能适应水环境是因为其在长期的演化过
程中,从植物体各器官的形态,结构到生长,繁殖等
生理机能,都表现出了对水环境的高度适应同.
1.1独特的叶片结构能适应弱光的条件
水环境里光线微弱.然而水生植物光合性能并
园林科技2008年第3期总第109期?13?
不亚于陆生植物.原来.水生植物的叶片通常薄而柔
软.有的叶片细裂如丝呈线状,如金鱼藻;有的呈带
状.如芳草.水车前的叶子宽大,薄而透明.叶绿体除
了分布在叶肉细胞里.还分布在表皮细胞内,最有趣
的是叶绿体能随着原生质的流动而流向迎光面.这
使水生植物能更有效地利用水中的微弱光.黑藻和
狐尾藻等沉水植物,它们的栅栏组织不发达,通常只
有一层细胞,由于深水层光质的变化,体内褐色素增
加呈墨绿色.可以增强对水中短波光的吸收.漂浮植
物,浮叶的上表面能接受阳光,栅栏组织发育充分,
可由5-6层细胞组成.挺水植物的叶肉分化则更接
近于陆生植物.
1.2通气结构能适应缺氧的条件
水中氧气缺乏.含氧量不足空气中的1/20,水生
植物要寻找和保证空气的供应,因此那些漂浮或挺
水植物具有直通大气的通道.如莲藕,空气中的氧从
气孔进入叶片,再沿着叶柄那四通八达的通气组织
向地下根部扩散,以保证水中各部分器官的正常呼
吸和代谢的需要,这种通气系统属于开放型.沉水
植物金鱼藻的通气系统则属于封闭型,其体内既可
贮存自身呼吸所释放的二氧化碳,以供光合作用时
的需要,同时又能将光合作用所释放的氧贮存起来
满足呼吸时的需要.
1.3输导组织的退化
水生植物很容易得到水分,因而其输导组织都
表现出不同程度的退化,特别是木质部更为突出.
沉水植物木质部上留下一个空腔,被韧皮部包围着.
浮水植物的维管束也相当退化.
1.4发达的气囊组织
在池塘和湖泊中,常可见到各种浮水植物安静
地漂浮于水面.它们借助于增加浮力的结构,使叶
片浮于水面接受阳光和空气.如水葫芦.它的叶柄基
部中空膨大,变成很大的气囊.菱叶的叶柄基部也有
这种大气囊.当菱花凋落的时候.水底下就开始结出
沉沉的菱角.这些菱角本来会使全株植物没入水中.
可是就在这个时候,叶柄上长出了浮囊,这就使植物
摆脱了没顶的危胁.而且,水越深.叶柄上的浮囊也
就越大.千姿百态的水生植物,在长期进化的过程
中,形成了许多与水环境相适应的形态结构,从而繁
衍不息,在整个植物类群中,占据一定的位置.
2水生植物对水质的净化作用
2.1具净化作用的水生植物
我国利用水生植物净化水质的研究始于70年
代中期.包括静态条件下单一物种及多种植物配植
对污染物浓度较高污水的净化作用.及动态方法研
究水生植物对污水处理效果【7J.近30年来,对东湖,
巢湖,滇池,太湖,洪湖,保立湖,鸭儿湖,白洋淀等浅
水湖泊的富营养化控制和湿地生态系统恢复的大量
研究证明18~1o],水生植物可以吸收,富集水中的营养
物质及其它元素,可增加水体中的氧气含量,或抑制
有害藻类繁殖的能力,遏止底泥营养盐向水中的再释
放利于水体的生物平衡等.水生高等植物能有效地
净化富营养化湖水,提高水体的自净能力fl1】,也是人
工湿地系统发挥净化作用必不可少的因素之一
有些水生植物如水葱,风信子,香蒲等具有较高
的观赏价值,同时还可以处理污水.是兼具观赏价值
和污水处理研究的重点选择材料【l5J.
2.2水生植物净化水质的机理
通过种植水生植物净化水质,是利用许多水生
植物特别是水生维管束植物能够大量吸收营养物
质,或降解转化有毒有害物质为无毒物质的性质.在
废水或受到污染的天然水体中种植大量耐污染净化
较强的水生高等植物.使其通过自身的生命活动将
水中的污染物质分解转化或富集到体内,恢复水域
中的养分平衡;同时通过水生植物的光合作用放出
氧气,增加水中溶解氧含量,从而改善水质,减轻或
消除水污染.
2.2.1植物自身的性状和抗性能力
水生植物由于长期生活在一种缺氧,弱光的环
境中,本身形态解剖结构上形成特殊性『l
.根,茎,叶
形成完整的通气组织,保证器官和组织对0的需要;
叶片呈肉质,如香蒲表皮有厚角质层,栅栏组织发
达,污染点处的根,茎,叶表皮细胞排列紧密等结构
能抵抗因污染受害而引起的同化功能下降,水分过
分蒸腾,增强了香蒲植物的耐污性和抵抗力【12】.
2.2.2植物的吸收,富集作用
水生植物根系发达,利于吸收水中物质.如凤眼
莲生长过程需要大量的N,P营养物【l81,它吸收后生
长迅速,对于净化富营养化水体效果明显『191.实验第
3天凤眼莲使养殖水体的Cu离子消失率达53%,实
验第6天则可达75%[圳.香蒲植物吸收废水中的重
金属时,吸收能力大小依次是根>地下茎>n-t-.并且
按照一定的比例从生境中吸取各种元素,形成新的
?
14?园林科技2008年第3期总第109期
动态平衡,防止对某元素吸收过多而引起毒害.植物
吸收污染物后.尤其是重金属离子,农药和其他人工
合成有机物等,便富集,固定在体内或土壤中.减少
水体中污染物量.研究表明,Pb,zn进入香蒲体内.
主要积聚在皮层细胞中的细胞壁上,只有少量进人
原生质,可见细胞壁对重金属有较高的亲和力l2l1.
2.2.3净化塘的沉降,吸附和过滤作用
净化塘里水生植物生长旺盛,根系发达,与水体
接触面积大,形成密集的过滤层.如香蒲,它的地下
茎和根形成纵横交错的地下茎网,水流缓慢时重金
属和悬浮颗粒被阻隔而沉降.防止其随水流失L231.同
时又在其表面进行离子交换,整合,吸附,沉淀等,不
溶性胶体为根系吸附.凝集的菌胶团把悬浮性的有
机物和新陈代谢产物沉降下来[221.
2.2.4生化作用
植物净化污水的过程中生化作用也起到很大作
用,这方面已有大量的研究口9,23,24],光合作用产生的
0:和大气中的0直接输送到植株各处,并向水中
扩散,一方面根系通过释放0:,氧化分解根系周围
的沉降物;另一方面使水体底部和基质土壤形成许
多厌氧和好氧小区,为微生物活动创造条件.进而形
成”根际区”.这样.植物代谢产物和残体及溶解的有
机碳给湿地中的菌落提供食物源:同时,大量微生物
在基质表面形成灰色生物膜.增加了微生物的数量
和分解代谢的面积.使植物根部的污染物f富集或沉
降下来的)被微生物分解利用或经生物代谢降解过
程而去除.富营养化水体中.也可依靠水生植物根茎
上的微生物使反硝化菌,氨化菌等加速NH一N向
NO广N和NO一N的转化过程,便于水生植物吸收
与利用.减少底泥向水体中的营养盐释放.
2.2.5对浮游藻类的竞争抑制作用
富营养化严重的水体中,藻类疯长,水质恶化.
栽种水生植物后,同浮游藻类竞争营养物质以及所
需的光热条件,同时分泌出抑藻物质.破坏藻类正常
的生理代谢功能,迫使藻类死亡,以防止其带来的毒
素[z3,241.这样可以提高水体透明度,改善水中的DO
含量,促进沉水植物与共生菌的生长.进一步净化
水质.
2.3利用水生植物净化污水的处理方式
净化塘——目前在利用水生植物净化污水时通
常是以净化塘的方式,如凤眼莲净化塘,香蒲植物净
化塘等[25~271.净化塘是以某种水生植物占绝对优势
而组成的特殊水生生态系统,这个系统通过水生植
物群落的阻滤,沉降,吸附等物理作用以及植物体的
吸收,积累等作用而达到对污水的净化效果最近几
年水生植物净化塘在国内外发展都比较快能净化
的污水种类越来越多,已由净化生活污水发展到工
业废水和城市混合污水.处理规模也越来越大.从利
用人工的净化塘发展到利用天然湖塘,湖湾放养水
生植物净化水质和底泥.在水生植物的利用上.由一
种植物为主发展到多种植物搭配.以相互取长补短.
达到最佳的净化效果.比如选用耐寒植物伊乐藻和
喜温植物凤眼莲及菱组建成的常绿型人工水生植
被.不仅使实验区内常年保持较好的水质.而且对
外来污染冲击有很强的缓冲能力.它可用于水源保
护,局部性水质控制,污水净化生态工程,小型富营
养水体的生态恢复等瞄1.
人工湿地系统——本世纪七十年代发展起来的
人工湿地系统是利用水生植物处理污水的又一发展
方向129,3o],由于建造和运转费用低,维护简单,效果
好,且为众多野生动物提供了栖息地,成了研究的重
点.如芦苇湿地可用于处理生活污水和部分工业废
水,如造纸废水,纺织废水,啤酒废水,炼油废水,养
殖和饲料及食品加工废水等.其基建投资,运转费用
和能耗均为常规二级处理方法的1/3,1/5,并有较好
的经济效益和生态效益『3l】.Nyakang等【32】利用香蒲,
芦苇,美人蕉等观赏性水生植物,经过一块湿地和三个
池塘构成的宾馆和游泳池污水处理系统,在达到去
污目的的同时也营造了优美的水体景观.Koottatep
等t33]还发现进入湿地约50%的总氮是被植物吸收的.
湿地系统去除污染物的机理主要是通过沉降,过滤,
化学沉淀和吸附,微生物反应和植物吸收等反应过
程除去水中的污染物.所以湿地是一种低成本,易操
作和高效率的污水处理方法.
水域浮床技术——水域浮床技术早期仅应用于
农业生产,近l0年来有学者利用该技术进行水污染
控制.它采用人工新材料作浮床.并通过独特的肥料
供应,植物栽培与相应的工程措施.在自然水域的水
面上无土栽培植物,在改善水域环境的同时,增加
水产品产量.
根际过滤技术(Rhizofiltration)——根际过滤技
术是近几年发展的一种植物修复技术,用来处理放
射性核素废水,重金属废水以及富含营养盐的废
水.它利用超积累植物的根系从废水中吸收,富集
园林科技2008年第3期总第109期?15?
和沉淀污染物,是更经济,更适于现场操作的原位
污染治理技术p8-39].
3结语
众多研究表明.利用水生植物处理系统进行水
污染控制具有投资,维护和运行费用低,管理简便,
污水处理效果好,可改善和恢复生态环境,回收资源
和能源以及收获经济植物等诸多优点.在污水处理
和富营养化水体净化等方面均表现出良好的效果.
未来的研究应注重本土原生植物的特性,跨区域引
进新型物种的意义,水生植物修复的机理,物质循
环,根系与水或土壤的微环境关系,植物与周围微生
物如何共同作用等方面.目前利用水生植物净化污
水尚有许多不足之处,但随着人们对其研究的深入,
特别是在工艺选择和净化机理等方面的努力,水生
植物必将在水污染控制中发挥更重要的作用.从而
更大程度地造福人类.
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(下转第41页)
园林科技2008年第3期总第109期?41?
质感方面的变化外,还注重对香花植物的应用,如
空中水渠处的轴线大道,两侧种植含笑,蜡梅等香
花植物.此外,公园中还种植了大量的桂花,白玉
兰,梅花等,开放之时引得香气阵阵.
同时.公园引进了很多热带植物,增加生物多
样性.如园中北部的人造沙滩景点,种植了不少棕
榈科植物.如加拿利海枣,棕榈,苏铁,蒲葵,华盛顿
棕榈等,结合硬质铺装等,营造出不同的植物景观
感受
4结语
梦清园作为苏州河的活水公园,是上海新近具
有代表性的现代园林.研究梦清园的植物景观不仅
仅只是对单独一个公园的概括与总结,亦是对上海
现代园林植物配置手法的归纳和分析.这对于推而
广之的总结,提炼优秀的现代园林植物配置思想和
手法.为上海现代园林植物造景的发展具有一定的
意义.
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效果研究[J].应用生态学报,2003,14(2):277—279.
[35]宋样甫,邹周燕,吴伟明等.浮床水稻对富营养化水体中
氮,磷的去除效果及规律研究[J].环境科学学报,1998,
18(5):489-494.
[36]LiZhi--zheng,HuangGuo--hong,NiJin,shan.Soilless
cuhureofhigherterrestrialplantsonTaiLake[J].Aeta
BotanlcaSinica.1991,33(8):614,620.
[37]戴全裕,陈源高,张珩等.水培经济植物对酿酒废水净化
与资源化生态工程研究[J].科学通报,1996,41(6):
547,551.
[38]SlavikDushenkov,DevVasudev,YoramKapulnik,eta1.
Removalofuraniumfromwaterusingterrestrialplants[J].
Environ.Sei.Technol,1997,(31):3468-3474.
[39]唐世荣.土一水介质中低放核索污染物的生物恢复[J].
应用生态学报,2002,13(2):243,246.
范文四:[工作]水生植物适应水环境的特点和净化作用
水生植物适应水环境的特点和净化作用
林 鸿 吴晓花
(武汉市园林科学研究所 430081)
摘要:综述了水生植物适应水环境的特点,在污水处理中的应用及
其对水质的净化作用。随着人们对其研究的深入,特别是在工艺选
择和净化机理等方面的努力,水生植物必将在水污染控制中发挥更
重要的作用,从而更大程度地造福人类。
关键词:水生植物;水环境;净化作用
地球表面积71%被水覆盖,大洋承纳了整个生物圈内97%的水体,极地冰固化了生物圈内2%的水体,只有不到1%的水体以淡水形态存在于江、河、湖泊中,这也是我们人类和其他生物赖以生存的基础。但是,随着工业化的进程和人类数量的不断增加,生态环境不断受到破坏,水污染日趋严重,我国90%以上的公园水体都遭到不同程度的污染,化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总氮(TN)、总磷 (TP)和
[1非离子氨等指标,大多超过国家地面水环境质量四类标准]。水体污染问题受到了广泛的关注,学者对如何预防和治理水体污染做了大量的研究[2~4]。在污水处理中,传统污染水处理方法如生化二级处理法,工艺成熟,处理效果理想,但建造、运行、管理费用过高;化学法(如加入硫酸铜等)和换水法处理污水,虽然均有一定效果,但化学法易产生二次污染,换水法不够方便、经济,且仅适宜于小型水体。为了寻找高效低耗的水污染处理技术,20世纪70年代,水生植物开始受到人们的关注。水生植物不仅具有较高的观赏价值,还能主动吸收水体中的养分物质,对富营养化水体可起到净化作用。为此,笔者就水生植物适应水环境的特点,对水质的净化作用和机理进行了概括和分析,为科技工作者治理水体污染提供一些理论与依据。
, 水生植物在污水处理中的应用及其适应水环境的特点
凡生长在水中或湿土壤中的植物,以大型的草本植物为主,包括水
[5]生、湿生和沼生植物,通称为水生植物(hydrophyte)。水生植物可分
3种生活型,这3种类型的水生植物在污水处理系统中存在一些不同方式(详见表1)。
水生植物生活在温度变化平缓,光照强度弱,氧含量少的过量水环境中,与陆地环境迥然不同。水生植物之所以能适应水环境是因为其在长期的演化过程中,从植物体各器官的形态、结构到生长、繁殖等生理
[6]机能,都表现出了对水环境的高度适应。
1.1 独特的叶片结构能适应弱光的条件
水环境里光线微弱,然而水生植物光合性能并不亚于陆生植物。原来,水生植物的叶片通常薄而柔软,有的叶片细裂如丝呈线状,如金鱼藻;有的呈带状,如芳草。水车前的叶子宽大、薄而透明。叶绿体除了分布在叶肉细胞里,还分布在表皮细胞内,最有趣的是叶绿体能随着原生质的流动而流向迎光面。这使水生植物能更有效地利用水中的微弱光。黑藻和狐尾藻等沉水植物,它们的栅栏组织不发达,通常只有一层细胞,由于深水层光质的变化,体内褐色素增加呈墨绿色,可以增强对水中短波光的吸收。漂浮植物,浮叶的上表面能接受阳光,栅栏组织发育充分,可由 5~6 层细胞组成。挺水植物的叶肉分化则更接近于陆生植物。 ,(, 通气结构能适应缺氧的条件
水中氧气缺乏,含氧量不足空气中的1/20,水生植物要寻找和保证空气的供应,因此那些漂浮或挺水植物具有直通大气的通道。如莲藕,空气中的氧从气孔进入叶片,再沿着叶柄那四通八达的通气组织向地下根部扩散,以保证水中各部分器官的正常呼吸和代谢的需要,这种通气系统属于开放型。沉水植物金鱼藻的通气系统则属于封闭型,其体内既可贮存自身呼吸所释放的二氧化碳,以供光合作用时的需要,同时又能将光合作用所释放的氧贮存起来满足呼吸时的需要。
,(, 输导组织的退化
水生植物很容易得到水分,因而其输导组织都表现出不同程度的退化,特别是木质部更为突出。沉水植物木质部上留下一个空腔,被韧皮部包围着。浮水植物的维管束也相当退化。
,(, 发达的气囊组织
在池塘和湖泊中,常可见到各种浮水植物安静地漂浮于水面。它们借助于增加浮力的结构,使叶片浮于水面接受阳光和空气。如水葫芦,它的叶柄基部中空膨大,变成很大的气囊。菱叶的叶柄基部也有这种大气囊。当菱花凋落的时候,水底下就开始结出沉沉的菱角。这些菱角本来会使全株植物没入水中,可是就在这个时候,叶柄上长出了浮囊,这就使植物摆脱了没顶的危胁。而且,水越深,叶柄上的浮囊也就越大。千姿百态的水生植物,在长期进化的过程中,形成了许多与水环境相适应的形态结构,从而繁衍不息,在整个植物类群中,占据一定的位置。 2 水生植物对水质的净化作用
2.1 具净化作用的水生植物
我国利用水生植物净化水质的研究始于70年代中期,包括静态条件下单一物种及多种植物配植对污染物浓度较高污水的净化作用,及动态方法研究水生植物对污水处理效果[7]。近30年来,对东湖、巢湖、滇池、太湖、洪湖、保立湖、鸭儿湖、白洋淀等浅水湖泊的富营养化控制和湿
[8~10]地生态系统恢复的大量研究证明,水生植物可以吸收、富集水中的营养物质及其它元素,可增加水体中的氧气含量,或抑制有害藻类繁殖的能力,遏止底泥营养盐向水中的再释放利于水体的生物平衡等。水生高
[11]等植物能有效地净化富营养化湖水,提高水体的自净能力,也是人工
[12~14]湿地系统发挥净化作用必不可少的因素之一。
有些水生植物如水葱、风信子、香蒲等具有较高的观赏价值,同时
[15]还可以处理污水,是兼具观赏价值和污水处理研究的重点选择材料。 2.2 水生植物净化水质的机理
通过种植水生植物净化水质,是利用许多水生植物特别是水生维管束植物能够大量吸收营养物质,或降解转化有毒有害物质为无毒物质的性质。在废水或受到污染的天然水体中种植大量耐污染净化较强的水生高等植物,使其通过自身的生命活动将水中的污染物质分解转化或富集到体内,恢复水域中的养分平衡;同时通过水生植物的光合作用放出氧气,增加水中溶解氧含量,从而改善水质,减轻或消除水污染。 2.2.1 植物自身的性状和抗性能力
水生植物由于长期生活在一种缺氧、弱光的环境中,本身形态解剖结构
[16]上形成特殊性。根、茎、叶形成完整的通气组织,保证器官和组织对
[17]O的需要;叶片呈肉质,如香蒲表皮有厚角质层,栅栏组织发达,污2
染点处的根、茎、叶表皮细胞排列紧密等结构能抵抗因污染受害而引起
[12]的同化功能下降、水分过分蒸腾,增强了香蒲植物的耐污性和抵抗力。 2.2.2 植物的吸收、富集作用
水生植物根系发达,利于吸收水中物质。如凤眼莲生长过程需要大
[18]量的N、P营养物,它吸收后生长迅速,对于净化富营养化水体效果明[19]显,实验第3天凤眼莲使养殖水体的Cu离子消失率达53%,实验第6
[20]天则可达75%。香蒲植物吸收废水中的重金属时,吸收能力大小依次是根>地下茎>叶,并且按照一定的比例从生境中吸取各种元素,形成新的动态平衡,防止对某元素吸收过多而引起毒害。植物吸收污染物后,尤其是重金属离子、农药和其他人工合成有机物等,便富集、固定在体内或土壤中,减少水体中污染物量。研究表明,Pb, Zn进入香蒲体内,主要积聚在皮层细胞中的细胞壁上,只有少量进入原生质,可见细胞壁对
[21]重金属有较高的亲和力。
2.2.3 净化塘的沉降、吸附和过滤作用
净化塘里水生植物生长旺盛,根系发达,与水体接触面积大,形成密集的过滤层。如香蒲,它的地下茎和根形成纵横交错的地下茎网,水流缓慢时重金属和悬浮颗粒被阻隔而沉降,防止其随水流失[23],同时又在其表面进行离子交换、整合、吸附、沉淀等,不溶性胶体为根系吸附,
[22]凝集的菌胶团把悬浮性的有机物和新陈代谢产物沉降下来。 2.2.4 生化作用
植物净化污水的过程中生化作用也起到很大作用,这方面已有大量
[19,23,24]的研究,光合作用产生的O和大气中的O直接输送到植株各处,22
并向水中扩散,一方面根系通过释放O,氧化分解根系周围的沉降物;2
另一方面使水体底部和基质土壤形成许多厌氧和好氧小区,为微生物活动创造条件,进而形成“根际区”。这样,植物代谢产物和残体及溶解的有机碳给湿地中的菌落提供食物源;同时,大量微生物在基质表面形
成灰色生物膜,增加了微生物的数量和分解代谢的面积,使植物根部的污染物(富集或沉降下来的)被微生物分解利用或经生物代谢降解过程而去除。富营养化水体中,也可依靠水生植物根茎上的微生物使反硝化菌、氨化菌等加速NH3—N向NO—N和NO—N的转化过程,便于水生植23
物吸收与利用,减少底泥向水体中的营养盐释放。
2.2.5 对浮游藻类的竞争抑制作用
富营养化严重的水体中,藻类疯长,水质恶化。栽种水生植物后,同浮游藻类竞争营养物质以及所需的光热条件,同时分泌出抑藻物质,破坏
[23,24]藻类正常的生理代谢功能,迫使藻类死亡,以防止其带来的毒素。这样可以提高水体透明度,改善水中的DO含量,促进沉水植物与共生菌的生长,进一步净化水质。
2.3 利用水生植物净化污水的处理方式
净化塘——目前在利用水生植物净化污水时通常是以净化塘的方
[25~27]式,如凤眼莲净化塘、香蒲植物净化塘等。净化塘是以某种水生植物占绝对优势而组成的特殊水生生态系统,这个系统通过水生植物群落的阻滤、沉降、吸附等物理作用以及植物体的吸收、积累等作用而达到对污水的净化效果。最近几年水生植物净化塘在国内外发展都比较快,能净化的污水种类越来越多,已由净化生活污水发展到工业废水和城市混合污水。处理规模也越来越大。从利用人工的净化塘发展到利用天然湖塘、湖湾放养水生植物净化水质和底泥。在水生植物的利用上,由一种植物为主发展到多种植物搭配,以相互取长补短,达到最佳的净化效果。比如选用耐寒植物伊乐藻和喜温植物凤眼莲及菱组建成的常绿型人工水生植被。不仅使实验区内常年保持较好的水质,而且对外来污染冲击有很强的缓冲能力,它可用于水源保护、局部性水质控制、污水净化
[28]生态工程、小型富营养水体的生态恢复等。
人工湿地系统——本世纪七十年代发展起来的人工湿地系统是利
[29,30]用水生植物处理污水的又一发展方向,由于建造和运转费用低、维护简单、效果好,且为众多野生动物提供了栖息地,成了研究的重点。如芦苇湿地可用于处理生活污水和部分工业废水,如造纸废水、纺织废
水、啤酒废水、炼油废水、养殖和饲料及食品加工废水等。其基建投资、运转费用和能耗均为常规二级处理方法的1/3~1/5,并有较好的经济效益
[31][32]和生态效益。Nyakang等利用香蒲、芦苇、美人蕉等观赏性水生植物,经过一块湿地和三个池塘构成的宾馆和游泳池污水处理系统,在达
[33]到去污目的的同时也营造了优美的水体景观。Koottatep等还发现进入湿地约50%的总氮是被植物吸收的。湿地系统去除污染物的机理主要是通过沉降、过滤、化学沉淀和吸附、微生物反应和植物吸收等反应过程除去水中的污染物。所以湿地是一种低成本、易操作和高效率的污水处理方法。
水域浮床技术——水域浮床技术早期仅应用于农业生产,近10年来有学者利用该技术进行水污染控制。它采用人工新材料作浮床,并通过独特的肥料供应、植物栽培与相应的工程措施,在自然水域的水面上无
[34~37]土栽培植物,在改善水域环境的同时,增加水产品产量。 根际过滤技术(Rhizofiltration) ——根际过滤技术是近几年发展的一种植物修复技术,用来处理放射性核素废水、重金属废水以及富含营养盐的废水。它利用超积累植物的根系从废水中吸收、富集和沉淀污染物,
[38~39]是更经济、更适于现场操作的原位污染治理技术。 3 结语
众多研究表明,利用水生植物处理系统进行水污染控制具有投资、维护和运行费用低,管理简便,污水处理效果好,可改善和恢复生态环境、回收资源和能源以及收获经济植物等诸多优点,在污水处理和富营养化水体净化等方面均表现出良好的效果。未来的研究应注重本土原生植物的特性、跨区域引进新型物种的意义、水生植物修复的机理、物质循环、根系与水或土壤的微环境关系、植物与周围微生物如何共同作用等方面。目前利用水生植物净化污水尚有许多不足之处,但随着人们对其研究的深入,特别是在工艺选择和净化机理等方面的努力,水生植物必将在水污染控制中发挥更重要的作用,从而更大程度地造福人类。 参考文献
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范文五:水生植物适应水环境的特点和净化作用
水生植物适应水环境的特点和净化作用
林 鸿 吴晓花
(武汉市园林科学研究所 430081)
摘要:综述了水生植物适应水环境的特点,在污水处理中的应用及其
对水质的净化作用。随着人们对其研究的深入,特别是在工艺选择和
净化机理等方面的努力,水生植物必将在水污染控制中发挥更重要的
作用,从而更大程度地造福人类。
关键词:水生植物;水环境;净化作用
地球表面积71%被水覆盖,大洋承纳了整个生物圈内97%的水体,极地冰固化了生物圈内2%的水体,只有不到1%的水体以淡水形态存在于江、河、湖泊中,这也是我们人类和其他生物赖以生存的基础。但是,随着工业化的进程和人类数量的不断增加,生态环境不断受到破坏,水污染日趋严重,我国90%以上的公园水体都遭到不同程度的污染,化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总氮(TN)、总磷 (TP)和非
[1离子氨等指标,大多超过国家地面水环境质量四类标准]。水体污染问题
[2~4]受到了广泛的关注,学者对如何预防和治理水体污染做了大量的研究。在污水处理中,传统污染水处理方法如生化二级处理法,工艺成熟,处理效果理想,但建造、运行、管理费用过高;化学法(如加入硫酸铜等)和换水法处理污水,虽然均有一定效果,但化学法易产生二次污染,换水法不够方便、经济,且仅适宜于小型水体。为了寻找高效低耗的水污染处理技术,20世纪70年代,水生植物开始受到人们的关注。水生植物不仅具有较高的观赏价值,还能主动吸收水体中的养分物质,对富营养化水体可起到净化作用。为此,笔者就水生植物适应水环境的特点,对水质的净化作用和机理进行了概括和分析,为科技工作者治理水体污染提供一些理论与依据。
, 水生植物在污水处理中的应用及其适应水环境的特点
凡生长在水中或湿土壤中的植物,以大型的草本植物为主,包括水生、
[5]湿生和沼生植物,通称为水生植物(hydrophyte)。水生植物可分3种
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水生植物生活在温度变化平缓,光照强度弱,氧含量少的过量水环境中,与陆地环境迥然不同。水生植物之所以能适应水环境是因为其在长期的演化过程中,从植物体各器官的形态、结构到生长、繁殖等生理机能,
[6]都表现出了对水环境的高度适应。
1.1 独特的叶片结构能适应弱光的条件
水环境里光线微弱,然而水生植物光合性能并不亚于陆生植物。原来,水生植物的叶片通常薄而柔软,有的叶片细裂如丝呈线状,如金鱼藻;有的呈带状,如芳草。水车前的叶子宽大、薄而透明。叶绿体除了分布在叶肉细胞里,还分布在表皮细胞内,最有趣的是叶绿体能随着原生质的流动而流向迎光面。这使水生植物能更有效地利用水中的微弱光。黑藻和狐尾藻等沉水植物,它们的栅栏组织不发达,通常只有一层细胞,由于深水层光质的变化,体内褐色素增加呈墨绿色,可以增强对水中短波光的吸收。漂浮植物,浮叶的上表面能接受阳光,栅栏组织发育充分,可由 5~6 层细胞组成。挺水植物的叶肉分化则更接近于陆生植物。
,(, 通气结构能适应缺氧的条件
水中氧气缺乏,含氧量不足空气中的1/20,水生植物要寻找和保证空气的供应,因此那些漂浮或挺水植物具有直通大气的通道。如莲藕,空气中的氧从气孔进入叶片,再沿着叶柄那四通八达的通气组织向地下根部扩散,以保证水中各部分器官的正常呼吸和代谢的需要,这种通气系统属于开放型。沉水植物金鱼藻的通气系统则属于封闭型,其体内既可贮存自身呼吸所释放的二氧化碳,以供光合作用时的需要,同时又能将光合作用所释放的氧贮存起来满足呼吸时的需要。
,(, 输导组织的退化
水生植物很容易得到水分,因而其输导组织都表现出不同程度的退化,特别是木质部更为突出。沉水植物木质部上留下一个空腔,被韧皮部包围着。浮水植物的维管束也相当退化。
,(, 发达的气囊组织
在池塘和湖泊中,常可见到各种浮水植物安静地漂浮于水面。它们借助于增加浮力的结构,使叶片浮于水面接受阳光和空气。如水葫芦,它的叶柄基部中空膨大,变成很大的气囊。菱叶的叶柄基部也有这种大气囊。当菱花凋落的时候,水底下就开始结出沉沉的菱角。这些菱角本来会使全株植物没入水中,可是就在这个时候,叶柄上长出了浮囊,这就使植物摆脱了没顶的危胁。而且,水越深,叶柄上的浮囊也就越大。千姿百态的水生植物,在长期进化的过程中,形成了许多与水环境相适应的形态结构,从而繁衍不息,在整个植物类群中,占据一定的位置。
2 水生植物对水质的净化作用
2.1 具净化作用的水生植物
我国利用水生植物净化水质的研究始于70年代中期,包括静态条件下单一物种及多种植物配植对污染物浓度较高污水的净化作用,及动态方法研究水生植物对污水处理效果[7]。近30年来,对东湖、巢湖、滇池、太湖、洪湖、保立湖、鸭儿湖、白洋淀等浅水湖泊的富营养化控制和湿地
[8~10]生态系统恢复的大量研究证明,水生植物可以吸收、富集水中的营养物质及其它元素,可增加水体中的氧气含量,或抑制有害藻类繁殖的能力,遏止底泥营养盐向水中的再释放利于水体的生物平衡等。水生高等植物能
[11]有效地净化富营养化湖水,提高水体的自净能力,也是人工湿地系统
[12~14]发挥净化作用必不可少的因素之一。
有些水生植物如水葱、风信子、香蒲等具有较高的观赏价值,同时还
[15]可以处理污水,是兼具观赏价值和污水处理研究的重点选择材料。 2.2 水生植物净化水质的机理
通过种植水生植物净化水质,是利用许多水生植物特别是水生维管束植物能够大量吸收营养物质,或降解转化有毒有害物质为无毒物质的性质。在废水或受到污染的天然水体中种植大量耐污染净化较强的水生高等植物,使其通过自身的生命活动将水中的污染物质分解转化或富集到体内,恢复水域中的养分平衡;同时通过水生植物的光合作用放出氧气,增加水中溶解氧含量,从而改善水质,减轻或消除水污染。 2.2.1 植物自身的性状和抗性能力
水生植物由于长期生活在一种缺氧、弱光的环境中,本身形态解剖结构上
[16]形成特殊性。根、茎、叶形成完整的通气组织,保证器官和组织对O2
[17]的需要;叶片呈肉质,如香蒲表皮有厚角质层,栅栏组织发达,污染点处的根、茎、叶表皮细胞排列紧密等结构能抵抗因污染受害而引起的同
[12]化功能下降、水分过分蒸腾,增强了香蒲植物的耐污性和抵抗力。 2.2.2 植物的吸收、富集作用
水生植物根系发达,利于吸收水中物质。如凤眼莲生长过程需要大
[18]量的N、P营养物,它吸收后生长迅速,对于净化富营养化水体效果明[19]显,实验第3天凤眼莲使养殖水体的Cu离子消失率达53%,实验第6
[20]天则可达75%。香蒲植物吸收废水中的重金属时,吸收能力大小依次是根>地下茎>叶,并且按照一定的比例从生境中吸取各种元素,形成新的动态平衡,防止对某元素吸收过多而引起毒害。植物吸收污染物后,尤其是重金属离子、农药和其他人工合成有机物等,便富集、固定在体内或土壤中,减少水体中污染物量。研究表明,Pb, Zn进入香蒲体内,主要积聚在皮层细胞中的细胞壁上,只有少量进入原生质,可见细胞壁对重金属
[21]有较高的亲和力。
2.2.3 净化塘的沉降、吸附和过滤作用
净化塘里水生植物生长旺盛,根系发达,与水体接触面积大,形成密集的过滤层。如香蒲,它的地下茎和根形成纵横交错的地下茎网,水流缓慢时重金属和悬浮颗粒被阻隔而沉降,防止其随水流失[23],同时又在其表面进行离子交换、整合、吸附、沉淀等,不溶性胶体为根系吸附,凝
[22]集的菌胶团把悬浮性的有机物和新陈代谢产物沉降下来。 2.2.4 生化作用
植物净化污水的过程中生化作用也起到很大作用,这方面已有大量的
[19,23,24]研究,光合作用产生的O和大气中的O直接输送到植株各处,并22
向水中扩散,一方面根系通过释放O,氧化分解根系周围的沉降物;另2
一方面使水体底部和基质土壤形成许多厌氧和好氧小区,为微生物活动创造条件,进而形成“根际区”。这样,植物代谢产物和残体及溶解的有机碳给湿地中的菌落提供食物源;同时,大量微生物在基质表面形成灰色生
物膜,增加了微生物的数量和分解代谢的面积,使植物根部的污染物(富集或沉降下来的)被微生物分解利用或经生物代谢降解过程而去除。富营养化水体中,也可依靠水生植物根茎上的微生物使反硝化菌、氨化菌等加速NH3—N向NO—N和NO—N的转化过程,便于水生植物吸收与利23
用,减少底泥向水体中的营养盐释放。
2.2.5 对浮游藻类的竞争抑制作用
富营养化严重的水体中,藻类疯长,水质恶化。栽种水生植物后,同浮游藻类竞争营养物质以及所需的光热条件,同时分泌出抑藻物质,破坏藻类
[23,24]正常的生理代谢功能,迫使藻类死亡,以防止其带来的毒素。这样可以提高水体透明度,改善水中的DO含量,促进沉水植物与共生菌的生长,进一步净化水质。
2.3 利用水生植物净化污水的处理方式
净化塘——目前在利用水生植物净化污水时通常是以净化塘的方式,
[25~27]如凤眼莲净化塘、香蒲植物净化塘等。净化塘是以某种水生植物占绝对优势而组成的特殊水生生态系统,这个系统通过水生植物群落的阻滤、沉降、吸附等物理作用以及植物体的吸收、积累等作用而达到对污水的净化效果。最近几年水生植物净化塘在国内外发展都比较快,能净化的污水种类越来越多,已由净化生活污水发展到工业废水和城市混合污水。处理规模也越来越大。从利用人工的净化塘发展到利用天然湖塘、湖湾放养水生植物净化水质和底泥。在水生植物的利用上,由一种植物为主发展到多种植物搭配,以相互取长补短,达到最佳的净化效果。比如选用耐寒植物伊乐藻和喜温植物凤眼莲及菱组建成的常绿型人工水生植被。不仅使实验区内常年保持较好的水质,而且对外来污染冲击有很强的缓冲能力,它可用于水源保护、局部性水质控制、污水净化生态工程、小型富营养水
[28]体的生态恢复等。
人工湿地系统——本世纪七十年代发展起来的人工湿地系统是利用
[29,30]水生植物处理污水的又一发展方向,由于建造和运转费用低、维护简单、效果好,且为众多野生动物提供了栖息地,成了研究的重点。如芦苇湿地可用于处理生活污水和部分工业废水,如造纸废水、纺织废水、啤酒
废水、炼油废水、养殖和饲料及食品加工废水等。其基建投资、运转费用和能耗均为常规二级处理方法的1/3~1/5,并有较好的经济效益和生态效[31][32]益。Nyakang等利用香蒲、芦苇、美人蕉等观赏性水生植物,经过一块湿地和三个池塘构成的宾馆和游泳池污水处理系统,在达到去污目的
[33]的同时也营造了优美的水体景观。Koottatep等还发现进入湿地约50%的总氮是被植物吸收的。湿地系统去除污染物的机理主要是通过沉降、过滤、化学沉淀和吸附、微生物反应和植物吸收等反应过程除去水中的污染物。所以湿地是一种低成本、易操作和高效率的污水处理方法。
水域浮床技术——水域浮床技术早期仅应用于农业生产,近10年来有学者利用该技术进行水污染控制。它采用人工新材料作浮床,并通过独特的肥料供应、植物栽培与相应的工程措施,在自然水域的水面上无土栽
[34~37]培植物,在改善水域环境的同时,增加水产品产量。 根际过滤技术(Rhizofiltration) ——根际过滤技术是近几年发展的一种植物修复技术,用来处理放射性核素废水、重金属废水以及富含营养盐的废水。它利用超积累植物的根系从废水中吸收、富集和沉淀污染物,是更
[38~39]经济、更适于现场操作的原位污染治理技术。
3 结语
众多研究表明,利用水生植物处理系统进行水污染控制具有投资、维护和运行费用低,管理简便,污水处理效果好,可改善和恢复生态环境、回收资源和能源以及收获经济植物等诸多优点,在污水处理和富营养化水体净化等方面均表现出良好的效果。未来的研究应注重本土原生植物的特性、跨区域引进新型物种的意义、水生植物修复的机理、物质循环、根系与水或土壤的微环境关系、植物与周围微生物如何共同作用等方面。目前利用水生植物净化污水尚有许多不足之处,但随着人们对其研究的深入,特别是在工艺选择和净化机理等方面的努力,水生植物必将在水污染控制中发挥更重要的作用,从而更大程度地造福人类。
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